CN114726044A - 一种功率模块、充电桩及供电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种功率模块、充电桩及供电设备，该功率模块包括电源输入端、第一DC/DC功率变换器、第二DC/DC功率变换器、切换单元及至少两个负载输出端，第一DC/DC功率变换器的第一输入端与第二DC/DC功率变换器的第二输入端通过功率模块的电源输入端耦合第一电源；第一DC/DC功率变换器的第一输出端与第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合切换单元的一端，切换单元的另一端通过功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端耦合负载，切换单元控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端和第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端。实施本申请，生产成本低。

Description

一种功率模块、充电桩及供电设备
技术领域
本申请涉及充电技术领域，尤其是一种功率模块、充电桩及供电设备。
背景技术
功率半导体器件按一定的功能组合灌封成功率模块，该功率模块具有功率转换的功能，可以广泛应用在充电系统(例如充电桩)以及供电设备中。
在现有技术中，单个功率模块只包含有一个DC/DC功率变换器，该DC/DC功率变换器的输出功率即为该功率模块的输出功率，此时该功率模块只能输出一个功率值。参见图1，图1以功率模块应用在充电桩为例，充电桩的机柜中设置有多个现有技术的功率模块(例如功率模块1、功率模块2和功率模块K)以及投切矩阵，该投切矩阵可以选择不同的功率模块连接到不同的充电枪(例如充电枪1和充电枪2)上，使得各个充电枪可以分别输出功率，提高了充电桩的利用率，减少电动汽车的排队时间。
然而，随着对功率模块的输出功率的要求不断提高，DC/DC功率变换器所使用的器件具备的通流能力也需要不断增大。由于DC/DC功率变换器的成本随着通流能力的增大呈指数级上升，导致现有技术的生产成本高。
发明内容
本申请提供了一种功率模块、充电桩及供电设备，可以降低功率模块中各个DC/DC功率变换器所使用的器件需要的通流能力，生产成本低，且灵活性好。
第一方面，本申请实施例提供了一种功率模块，该功率模块设于第一电源与负载之间，该功率模块包括电源输入端、第一DC/DC功率变换器、第二DC/DC功率变换器、切换单元以及至少两个负载输出端，其中，第一DC/DC功率变换器包括第一输入端和第一输出端，第二DC/DC功率变换器包括第二输入端和第二输出端。具体实现中，第一DC/DC功率变换器的第一输入端与第二DC/DC功率变换器的第二输入端通过功率模块的电源输入端耦合第一电源；第一DC/DC功率变换器的第一输出端与第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合切换单元的一端，切换单元的另一端通过功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端耦合负载。此时，第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以对第一电源的输出功率进行变换；切换单元可以控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端和第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端。区别于现有技术的切换矩阵是控制各个功率模块的输出功率进行输出，本申请实施例是控制功率模块中的各个DC/DC功率变换器的输出功率进行输出。即本申请实施例与现有技术的输出功率的控制对象不同。比如说，现有技术是在各个功率模块之间进行串联与并联的切换，在本申请实施例，切换单元是在单个功率模块中的各个DC/DC功率变换器之间进行串联与并联的切换，并且本申请实施例还可以将各个DC/DC功率变换器的功率进行单独输出，灵活性好。
本申请实施例中单个功率模块的最大输出功率为该功率模块中的所有DC/DC功率变换器的输出功率的总和，换句话来说，本申请实施例中的单个功率模块的最大输出功率可以由至少两个DC/DC功率变换器来提供，而现有技术中的单个功率模块的输出功率只能由一个DC/DC功率变换器来提供。则在现有技术的功率模块与本申请实施例的功率模块可以输出的最大功率相同的情况下(例如都是120kw)，本申请实施例提供的功率模块中各个DC/DC功率变换器所用到器件要求的通流能力，相对于现有技术的功率模块中的DC/DC功率变换器所用到器件要求的通流能力可以减半。虽然本申请实施例中的功率模块增加了DC/DC功率变换器的数量，但却降低了DC/DC功率变换器所用到器件的通流能力，由于通流能力增加而提高的成本远远大于器件数量增多而提高的成本，比如说，一个通流能力为10A的开关管价格要高于两个通流能力为5A的开关管。因此，相对现有技术来说，本申请实施例的生产成本更低。
并且，本申请实施例提供的功率模块可以将各个DC/DC功率变换器串联或并联起来，向接入功率模块的任意一个输出端的负载提供大功率；并且该功率模块还可以分别向接入功率模块的不同输出端的负载提供至少两个独立输出的小功率，从而兼容至少两个所需功率较小的负载。
在具体的产品形态上，本申请实施例提供的功率模块与现有技术中的功率模块也是不同的。可以理解的是，每个功率模块都是灌封而成，比如说，每个功率模块具体实现为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，然后放置在各自对应的外壳内，不同功率模块之间是需要通过线缆来实现连接的。区别于现有技术中各个功率模块之间的连接切换是需要大量的线缆来实现的，本申请实施例中的各个DC/DC功率变换器之间的连接切换是在一个功率模块内的，因此各个DC/DC功率变换器之间是可以通过PCB走线来实现连接的，走线简单，并且可以减少线缆的使用，进一步降低成本。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，上述第一电源为交流电源，上述功率模块还包括AC/DC变换器。上述第一DC/DC功率变换器的第一输入端与第二DC/DC功率变换器的第二输入端均通过功率模块的电源输入端耦合第一电源，具体实现为：第一DC/DC功率变换器的第一输入端与第二DC/DC功率变换器的第二输入端耦合至AC/DC变换器的输出端，该AC/DC变换器的输入端耦合功率模块的电源输入端，该功率模块的电源输入端耦合交流电源。此时，该AC/DC变换器可以将交流电源输出的交流电压转换为直流电压，并将直流电压分别向第一DC/DC功率变换器以及第二DC/DC功率变换器提供。本申请实施例通过在功率模块中增加AC/DC变换器，使得本申请实施例提供的功率模块可以兼容第一电源是交流电源的场景，适用性好。
结合第一方面或结合第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述第一DC/DC功率变换器中包括N个开关管，上述第二DC/DC功率变换器中包括M个开关管，其中N和M均大于1。上述功率模块还包括第一微控制单元(Micro Control Unit，MCU)，具体实现中，该第一MCU与第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的控制端耦合，此时该第一MCU可以控制第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的导通时长，从而控制第一DC/DC功率变换器的输出功率。并且，该第一MCU还与第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的控制端耦合，此时该第一MCU还可以控制第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的导通时长，从而控制第二DC/DC功率变换器的输出功率。本申请实施例中，单个功率模块内的第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以共用一个第一MCU，从而进一步降低成本。
结合第一方面或结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，第一DC/DC功率变换器中包括N个开关管，第二DC/DC功率变换器中包括M个开关管，其中N和M均大于1。上述功率模块还包括第二电源，该第二电源与第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的电源端耦合，此时该第二电源可以向第一DC/DC功率变换器中的N个开关管提供工作电压。并且，该第二电源还与第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的电源端耦合，此时，该第二电源可以向第二DC/DC功率变换器中的M个开关管提供工作电压。本申请实施例中，单个功率模块内的第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以共用一个工作电源(即第二电源)，从而进一步降低成本。
结合第一方面或结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，上述切换单元包括与第一DC/DC功率变换器对应的第一切换子单元以及与第二DC/DC功率变换器对应的第二切换子单元；其中，上述功率模块的至少两个负载输出端包括第一负载输出端和第二负载输出端。
上述切换单元可以分别控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端和第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端，可以具体实现为：第一切换子单元控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端耦合至功率模块的第一负载输出端，以及第二切换子单元控制第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的第二负载输出端。
结合第一方面或结合第一方面第一种可能的实现方式至结合第一方面第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，上述切换单元包括与第一DC/DC功率变换器对应的第一切换子单元以及与第二DC/DC功率变换器对应的第二切换子单元；其中，上述功率模块的至少两个负载输出端包括第一负载输出端。
上述切换单元可以控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端和第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端，可以具体实现为：第一切换子单元控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端耦合至功率模块的第一负载输出端，以及第二切换子单元控制第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的第一负载输出端。
结合第一方面或结合第一方面第一种可能的实现方式至结合第一方面第三种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，上述切换单元包括与第一DC/DC功率变换器对应的第一切换子单元以及与第二DC/DC功率变换器对应的第二切换子单元；其中，上述功率模块的至少两个负载输出端包括第一负载输出端，该第一负载输出端具有第一负载正输出端和第一负载负输出端；第一DC/DC功率变换器的第一输出端具有第一正输出端和第一负输出端；第二DC/DC功率变换器的第二输出端具有第二正输出端和第二负输出端。
上述切换单元可以控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端和第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端，可以具体实现为：第一切换子单元控制第一DC/DC功率变换器的第一正输出端耦合功率模块的第一负载正输出端，并控制第一DC/DC功率变换器的第一负输出端耦合至第二DC/DC功率变换器的第二正输出端；以及，第二切换子单元控制第二DC/DC功率变换器的第二负输出端耦合至功率模块的第一负载负输出端。
结合第一方面或结合第一方面第一种可能的实现方式至结合第一方面第三种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式种，上述切换单元包括与第一DC/DC功率变换器对应的第一切换子单元，其中，该第一切换子单元的一端耦合该第一DC/DC功率变换器的第一输出端，该第一切换子单元的另一端耦合第三切换子单元的一端，该第三切换子单元的另一端耦合第三DC/DC功率变换器的第三输出端；该第三DC/DC功率变换器与该第一DC/DC功率变换器不在同一功率模块内。
该功率模块的至少两个负载输出端包括第一负载输出端，该第一负载输出端具有第一负载正输出端和第一负载负输出端；第一DC/DC功率变换器的第一输出端具有第一负载正输出端和第一负载负输出端；第三DC/DC功率变换器的第三输出端具有第三正输出端和第三负输出端。
上述切换单元可以控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端和第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端，可以具体实现为：第一切换子单元控制第一DC/DC功率变换器的第一正输出端耦合功率模块的第一负载正输出端，并控制第一DC/DC功率变换器的第一负输出端耦合至第三DC/DC功率变换器的第三正输出端；以及，第三切换子单元控制第三DC/DC功率变换器的第三负输出端耦合至功率模块的第一负载负输出端。实施本申请实施例，可以控制不同功率模块中DC/DC功率变换器之间串联，输出的功率颗粒度小，提供的功率值更加精细，灵活性好。
结合第一方面或结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，上述切换单元可以包括机械开关和半导体开关中的至少一个。
第二方面，本申请实施例提供了一种充电桩，该充电桩包括功率模块以及至少两个充电枪，其中，该功率模块包括电源输入端、第一DC/DC功率变换器、第二DC/DC功率变换器、切换单元以及至少两个负载输出端，其中，第一DC/DC功率变换器包括第一输入端和第一输出端，第二DC/DC功率变换器包括第二输入端和第二输出端。具体实现中，第一DC/DC功率变换器的第一输入端与第二DC/DC功率变换器的第二输入端通过功率模块的电源输入端耦合第一电源；第一DC/DC功率变换器的第一输出端与第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合切换单元的一端，切换单元的另一端耦合至该功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端；其中，功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端对应耦合至少两个充电枪中的任一充电枪。此时，第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以对第一电源的输出功率进行变换；切换单元可以控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端和第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端，上述任一充电枪，可以建立该功率模块的任一负载输出端与接入该任一充电枪的电动汽车之间的连接，并将该功率模块的任一负载输出端的输出功率向电动汽车提供。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，上述第一电源为交流电源，上述功率模块还包括AC/DC变换器。上述第一DC/DC功率变换器的第一输入端与第二DC/DC功率变换器的第二输入端通过功率模块的电源输入端耦合第一电源，具体实现为：第一DC/DC功率变换器的第一输入端与第二DC/DC功率变换器的第二输入端耦合至AC/DC变换器的输出端，该AC/DC变换器的输入端耦合功率模块的电源输入端，该功率模块的电源输入端耦合交流电源。此时，该AC/DC变换器可以将交流电源输出的交流电压转换为直流电压，并将直流电压分别向第一DC/DC功率变换器以及第二DC/DC功率变换器提供。
结合第二方面或结合第二方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述第一DC/DC功率变换器中包括N个开关管，上述第二DC/DC功率变换器中包括M个开关管，其中N和M均大于1。上述功率模块还包括第一微控制单元(Micro Control Unit，MCU)，具体实现中，该第一MCU与第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的控制端耦合，此时该第一MCU可以控制第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的导通时长，从而控制第一DC/DC功率变换器的输出功率。并且，该第一MCU还与第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的控制端耦合，此时该第一MCU还可以控制第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的导通时长，从而控制第二DC/DC功率变换器的输出功率。
结合第一方面或结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，第一DC/DC功率变换器中包括N个开关管，第二DC/DC功率变换器中包括M个开关管，其中N和M均大于1。上述功率模块还包括第二电源，该第二电源与第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的电源端耦合，此时该第二电源可以向第一DC/DC功率变换器中的N个开关管提供工作电压。并且，该第二电源还与第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的电源端耦合，此时，该第二电源可以向第二DC/DC功率变换器中的M个开关管提供工作电压。
第三方面，本申请实施例提供了一种供电设备，该供电设备包括第一电源以及结合第一方面或结合第一方面任意一种可能的实现方式中的功率模块，其中该第一电源与该功率模块耦合，该功率模块可以将该第一电源的输出功率进行变换。
应理解的是，本申请上述多个方面的实现和有益效果可以相互参考。
附图说明
图1为现有技术中充电桩的一结构示意图；
图2为本申请实施例提供的充电桩的一结构示意图；
图3为本申请实施例提供的功率模块的一结构框图；
图4A至图4B为本申请实施例提供的切换单元的一结构示意图；
图5为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图；
图6为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图；
图7为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图；
图8为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图；
图9为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图；
图10为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图；
图11为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图来对本申请的技术方案的实施作进一步的详细描述。
参见图2，图2为本申请实施例提供的充电桩的一结构示意图。如图2所示，该充电桩包括充电枪(例如充电枪A、充电枪B、充电枪C和充电枪D)以及功率模块(例如功率模块201和功率模块202)。
区别于现有技术中充电桩采用的功率模块只包含有一个DC/DC功率变换器，本申请实施例提供的充电桩采用的功率模块包括有至少两个DC/DC功率变换器以及切换单元。例如，功率模块201包括第一DC/DC功率变换器2011、第二DC/DC功率变换器2012以及切换单元2013；功率模块202包括第三DC/DC功率变换器2023、第四DC/DC功率变换器2024以及切换单元2025。
可选的，该充电桩还可以包括与各个充电枪对应的配电器件(例如充电枪A对应的配电器件21，充电枪B对应的配电器件22，充电枪C对应的配电器件23，以及充电枪D对应的配电器件24)，各个配电器件可以具体实现为输入输出端子、线缆、漏电保护开关、接触器和熔断器中的至少一个。
具体实现中，功率模块201和功率模块202可以具有至少两个负载输出端。示例性的，功率模块201包括第一负载输出端(例如第一负载正输出端OUT11+和第一负载负输出端OUT11-)以及第二负载输出端(例如第二负载正输出端OUT12+和第二负载负输出端OUT12-)；功率模块202包括第一负载输出端(例如第一负载正输出端OUT21+和第一负载负输出端OUT21-)以及第二负载输出端(例如第二负载正输出端OUT22+和第二负载负输出端OUT22-)。
功率模块201的第一负载正输出端OUT11+和功率模块201的第一负载负输出端OUT11-可以通过配电器件21耦合至充电枪A，功率模块201的第二负载正输出端OUT12+和功率模块201的第二负载负输出端OUT12-可以通过配电器件22耦合至充电枪B。功率模块202的第一负载正输出端OUT21+和功率模块202的第一负载负输出端OUT21-可以通过配电器件23耦合至充电枪C，功率模块202的第二负载正输出端OUT22+和功率模块202的第二负载负输出端OUT22-可以通过配电器件24耦合至充电枪D。可以理解的是，任一充电枪的输出功率由与该任一充电枪对应耦合的功率模块的负载输出端的输出功率确定，而本申请实施例中各个功率模块的负载输出端的输出功率是可以变化的。换句话来说，本申请实施例提供的单个功率模块可以分别输出多个功率。
需要指出的是，本申请中所描述的“耦合”指的是直接或间接连接。例如，x与y耦合，既可以是x与y直接连接，也可以是x与y之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接，例如可以是x与z直接连接，z与y直接连接，从而使得x与y之间通过z实现了连接。
在一些可行的实施方式中，在功率模块201中，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011和第二DC/DC功率变换器2012独立输出。需要解释的是，独立输出为第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012分别通过功率模块201不同的负载输出端输出功率。
具体实现中，切换单元2013控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，以及控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-；并且切换单元2013控制第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合功率模块201的第二负载正输出端OUT12+，以及控制第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第二负载负输出端OUT12-。此时，充电枪A的充电功率为第一DC/DC功率变换器2011的输出功率，充电枪B的充电功率为第二DC/DC功率变换器2012的输出功率。
同理的，在功率模块202中，切换单元2025可以控制第三DC/DC功率变换器2023和第四DC/DC功率变换器2024独立输出。此时，独立输出为第三DC/DC功率变换器2023与第四DC/DC功率变换器2024分别通过功率模块202不同的负载输出端输出功率。
即切换单元2025控制第三DC/DC功率变换器2023的第三正输出端耦合功率模块202的第一负载正输出端OUT21+，以及控制第三DC/DC功率变换器2023的第三负输出端耦合功率模块202的第一负载负输出端OUT21-；并且切换单元2025控制第四DC/DC功率变换器2024的第四正输出端耦合功率模块202的第二负载正输出端OUT22+，以及控制第四DC/DC功率变换器2024的第四负输出端耦合功率模块202的第二负载负输出端OUT22-。此时，充电枪C的充电功率为第三DC/DC功率变换器2023的输出功率，充电枪D的充电功率为第四DC/DC功率变换器2024的输出功率。
可选的，在一些可行的实施方式中，在功率模块201中，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011和第二DC/DC功率变换器2012并联输出。需要解释的是，并联输出为第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012通过功率模块201的同一个负载输出端输出功率。
具体实现中，切换单元2013控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，以及控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-；并且切换单元2013控制第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，以及控制第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，相对第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012独立输出的情况，充电枪A的充电电流增大，充电枪A的充电功率为第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率之和。
同理的，在功率模块202中，切换单元2025可以控制第三DC/DC功率变换器2023和第四DC/DC功率变换器2024并联输出。此时，并联输出为第三DC/DC功率变换器2023与第四DC/DC功率变换器2024通过功率模块202的同一个负载输出端输出功率。
即切换单元2025控制第三DC/DC功率变换器2023的第三正输出端耦合功率模块202的第一负载正输出端OUT21+，以及控制第三DC/DC功率变换器2023的第三负输出端耦合功率模块202的第一负载负输出端OUT21-；并且切换单元2025控制第四DC/DC功率变换器2024的第四正输出端耦合功率模块202的第一负载正输出端OUT21+，以及控制第四DC/DC功率变换器2024的第四负输出端耦合功率模块202的第一负载负输出端OUT21-。此时，相对第三DC/DC功率变换器2023与第四DC/DC功率变换器2024独立输出的情况，充电枪C的充电电流增大，充电枪C的充电功率为第三DC/DC功率变换器2023的输出功率与第四DC/DC功率变换器2024的输出功率之和。
可选的，在一些可行的实施方式中，在功率模块201中，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011和第二DC/DC功率变换器2012串联输出。需要解释的是，串联输出为第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012之间建立串联连接之后，通过功率模块201的一个负载输出端输出功率。
具体实现中，切换单元2013控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端，此时第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012建立串联连接关系。
示例性的，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，以及控制第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201第一负载负输出端OUT11-。此时，相对第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012独立输出的情况，充电枪A的充电电压升高，充电枪A的充电功率为第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率之和。
或者，切换单元2013也可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第二负载正输出端OUT12+，以及控制第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201第二负载负输出端OUT12-。此时，充电枪B的充电电压升高，充电枪B的充电功率为第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率之和。
同理的，在功率模块202中，切换单元2025可以控制第三DC/DC功率变换器2023和第四DC/DC功率变换器2024串联输出。此时串联输出为第三DC/DC功率变换器2023与第四DC/DC功率变换器2024之间建立串联连接之后，通过功率模块202的一个负载输出端输出功率。
具体实现中，切换单元2025控制第三DC/DC功率变换器2023的第三负输出端耦合第四DC/DC功率变换器2024的第四正输出端，此时第三DC/DC功率变换器2023与第四DC/DC功率变换器2024之间建立串联连接。
示例性的，切换单元2025可以控制第三DC/DC功率变换器2023的第三正输出端耦合功率模块202的第一负载正输出端OUT21+，以及控制第四DC/DC功率变换器2024的第四负输出端耦合第一负载负输出端OUT21-。此时，相对第三DC/DC功率变换器2023与第四DC/DC功率变换器2024独立输出的情况，充电枪C的充电电压升高，充电枪C的充电功率为第三DC/DC功率变换器2023的输出功率和第四DC/DC功率变换器2024的输出功率之和。
或者，切换单元2025也可以控制第三DC/DC功率变换器2023的第三正输出端耦合功率模块202的第二负载正输出端OUT22+，以及控制第四DC/DC功率变换器2024的第四负输出端耦合功率模块202的第二负载负输出端OUT22-。此时，充电枪D的充电电压升高，充电枪D的充电功率为第三DC/DC功率变换器2023的输出功率和第四DC/DC功率变换器2024的输出功率之和。
可选的，在一些可行的实施方式中，切换单元2013与切换单元2025耦合，则功率模块201中的DC/DC功率变换器与功率模块202中的DC/DC功率变换器可以串联输出。
示例性的，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合至第三DC/DC功率变换器2023的第三正输出端，此时功率模块201中的第一DC/DC功率变换器2011与功率模块202中的第三DC/DC功率变换器2023建立串联连接关系。
切换单元2013还可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合至任一功率模块的任一负载输出端，且切换单元2025可以控制第三DC/DC功率变换器2023的第三负输出端耦合至该任一功率模块的该任一负载输出端。
以充电枪C输出功率为例，切换单元2013控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合至功率模块202的第一负载正输出OUT21+，则切换单元2025控制第三DC/DC功率变换器2023的第三负输出端耦合至功率模块202的第一负载负输出端OUT21-。此时充电枪C的充电电压升高，充电枪C的充电功率为第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第三DC/DC功率变换器2023的输出功率之和。
进一步的，在一些可行的实施方式中，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合至第三DC/DC功率变换器2023的第三正输出端，切换单元2025可以控制第三DC/DC功率变换器2023的第三负输出端耦合第四DC/DC功率变换器2024的第四正输出端，则此时第一DC/DC功率变换器2011、第三DC/DC功率变换器2023以及第四DC/DC功率变换器2024之间建立串联关系。
切换单元2013还可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合任一功率模块的任一负载输出端，且切换单元2025可以控制第四DC/DC功率变换器2024的第四负输出端耦合至该任一功率模块的该任一负载输出端。
以充电枪C输出功率为例，切换单元2013控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合耦合功率模块202的第一负载正输出端OUT21+，切换单元2025控制第四DC/DC功率变换器2024的第四负输出端耦合功率模块202的第一负载负输出端OUT21-。此时充电枪C的充电电压升高，充电枪C的充电功率为第一DC/DC功率变换器2011的输出功率、第三DC/DC功率变换器2023的输出功率以及第四DC/DC功率变换器2024的输出功率之和。
可以理解的是，各个充电枪可以用来建立各个功率模块的负载输出端与电动汽车之间的连接，并将功率模块输出的功率向电动汽车中的动力电池提供。则各个功率变换器的负载输出端耦合至哪个充电枪，可以具体是由充电桩识别到哪个充电枪具有电动汽车的接入来确定，本申请实施例不对具体哪个充电枪输出功率进行限制。
示例性的，以目前单个功率模块的输出功率需要达到120kw为例，如果是现有技术中充电桩采用的功率模块的结构，单个功率模块输出的120kw主要是由一个DC/DC功率变换器来提供，则该DC/DC功率变换器中所用到的器件需要具备120kw输出对应的通流能力，成本较高。而本申请实施例中充电桩采用的功率模块，单个功率模块输出的120kw可以由至少两个DC/DC功率变换器来提供，以一个功率模块中包括两个DC/DC功率变换器为例，本申请实施例中每个DC/DC功率变换器中所用到的器件对应的通流能力，相对于现有技术的功率模块中的DC/DC功率变换器所用到器件要求的通流能力可以减半。虽然本申请实施例中的功率模块增加了DC/DC功率变换器的数量，但却降低了对DC/DC功率变换器所用到器件的通流能力的要求，由于通流能力增加而提高的成本远远大于器件数量增多而提高的成本，比如说，一个通流能力为10A的开关管价格要高于两个通流能力为5A的开关管。因此，相对现有技术来说，本申请实施例的生产成本更低。
并且，在本申请实施例充电桩采用的功率模块中，120kw由两个DC/DC功率变换器来实现，每个DC/DC功率变换器都可以独立输出60kw。假设某辆电动汽车需要的充电功率是小于或等于60kw的，此时现有技术具备120kw输出能力的功率模块只向电动汽车提供60kw的功率，导致该功率模块的利用率不够，造成资源浪费的问题。然而，不同于现有技术中具备120kw输出能力的一个功率模块只能向一辆电动汽车进行充电，本申请实施例中的功率模块可以同时向两辆所需充电功率小于或等于60kw的电动汽车进行充电，不仅提高了充电桩的充电效率，还提高了功率模块的利用率。
综上所述，本申请实施例提供的充电桩可以同时提供不同的输出功率，在保证充电桩的利用率的基础上，降低了生产成本；并且本申请实施例提供的充电桩还可以同时满足多种所需充电功率不同的电动汽车的充电需求，灵活性好。
可以理解的是，前文结合图2所描述本申请提供的功率模块应用于充电桩应当理解为示例，而不应当理解为限制。本申请提供的功率模块还可以应用在其他供电设备的场景，例如手机充电器、电脑适配器、光伏供电以及风力发电等场景中。
下面结合附图对本申请实施例提供的功率模块201的具体结构进行说明。
参见图3，图3为本申请实施例提供的功率模块的一结构框图。如图3所示，功率模块201设于第一电源与负载之间，功率模块201包括至少两个DC/DC功率变换器以及切换单元2013。
以功率模块201包括第一DC/DC功率变换器2011和第二DC/DC功率变换器2012为例，其中，第一DC/DC功率变换器2011的第一输入端和第二DC/DC功率变换器2012的第二输入端通过功率模块201的电源输入端耦合第一电源；第一DC/DC功率变换器2011的第一输出端和第二DC/DC功率变换器2012的第二输出端耦合切换单元2013的一端，切换单元2013的另一端通过功率模块201的至少两个负载输出端耦合负载，其中，功率模块201的至少两个负载输出端包括至少第一负载输出端(例如第一负载正输出端OUT11+和第一负载负输出端OUT11-)，以及第二负载输出端(例如第二负载正输出端OUT12+和第二负载负输出端OUT12-)。示例性的，切换单元2013的另一端通过功率模块201的第一负载正输出端OUT11+和第一负载负输出端OUT11-耦合负载1，切换单元2013的另一端通过功率模块201的第二负载正输出端OUT12+和第二负载负输出端OUT12-耦合负载2。
第一电源可以是直接电源，例如可以是电源适配器将交流电网输出的交流电转换为直流电之后的电源；或者，第一电源可以是经过电路传输的间接电源，例如可以是耦合上一级电路如其他DC/DC功率变换器(如BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK-BOOST变换器等)等；又或者，第一电源可以具体实现为储能电池。总的来说，图3中示出的第一电源向各个DC/DC功率变换器提供的是直流电。
第一DC/DC功率变换器2011和第二DC/DC功率变换器2012，可以对第一电源的输出功率进行变换。即第一DC/DC功率变换器2011可以将第一电源输出的第一直流电压变换为第二直流电压，第二DC/DC功率变换器2012可以将第一直流电源输出的第一直流电压变换为第三直流电压。其中，第二直流电压可以大于、小于或等于第三直流电压。
示例性的，本申请实施例中的各个DC/DC功率变换器可以包括但不限于BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK-BOOST变换器、非对称半桥反激变换器以及非对称半桥正激变换器等。
切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器的第一输出端和第二DC/DC功率变换器的第二输出端分别耦合至功率模块201的至少两个负载输出端中的任意一个负载输出端。
在一些可行的实施方式中，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，以及控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，充电枪A可以向负载1提供第一DC/DC功率变换器2011的输出功率。并且，切换单元2013还可以控制第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合功率模块201的第二负载正输出端OUT12+，以及控制第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第二负载负输出端OUT12-。此时，充电枪B可以向负载2提供第二DC/DC功率变换器2012的输出功率。可选的，在本申请实施例中，切换单元2013可以接收到独立输出切换指令，该独立输出切换指令具体为：向充电枪A输出第一DC/DC功率变换器2011的输出功率，向充电枪B输出第二DC/DC功率变换器2012的输出功率。
可选的，在一些可行的实施方式中，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，以及控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-；并且，切换单元2013还可以控制第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，充电枪A的电流为第一DC/DC功率变换器2011的输出电流与第二DC/DC功率变换器2012的输出电流之和，充电枪A可以向负载1提供第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率之和。可选的，在本申请实施例中，切换单元2013可以接收到并联输出切换指令，该并联输出切换指令具体为：第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012并联向充电枪A输出功率。
或者，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第二负载正输出端OUT12+，以及控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合功率模块201的第二负载负输出端OUT12-；并且，切换单元2013还可以控制第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合功率模块201的第二负载正输出端OUT12+，第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第二负载负输出端OUT12-。此时，充电枪B的电流为第一DC/DC功率变换器2011的输出电流与第二DC/DC功率变换器2012的输出电流之和，充电枪B可以向负载2提供第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率之和。可选的，在本申请实施例中，切换单元2013可以接收到并联输出切换指令，该并联输出切换指令具体为：第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012并联向充电枪B输出功率。
可选的，在一些可行的实施方式中，切换单元2013可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端与第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合，则功率模块201可以向负载1或负载2提供第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率之和。
示例性的，切换单元2013还可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，以及控制第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，充电枪A的电压为第一DC/DC功率变换器2011的输出电压与第二DC/DC功率变换器2012的输出电压之和，充电枪A可以向负载1提供第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率之和。可选的，在本申请实施例中，切换单元2013可以接收到串联输出切换指令，该串联输出指令具体为：第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012串联后向充电枪A输出功率。
或者，切换单元2013还可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第二负载正输出端OUT12+，以及控制第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第二负载负输出端OUT12-。此时，充电枪B的电压为第一DC/DC功率变换器2011的输出电压与第二DC/DC功率变换器2012的输出电压之和，充电枪B可以向负载2提供第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率之和。可选的，在本申请实施例中，切换单元2013可以接收到串联输出切换指令，该串联输出指令具体为：第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012串联后向充电枪B输出功率。
在一些可行的实施方式中，独立输出切换指令、并联输出切换指令或串联输出切换指令可以是控制器根据负载的功率需求以及各个DC/DC功率变换器对第一电源的输出功率进行变换后得到的输出功率确定的。
具体实现中，该控制器可以是微控制单元(Micro Control Unit，MCU)、中央处理单元(central processing unit，CPU)、其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
该控制器可以设置在功率模块201内，对接入功率模块201的负载(例如负载1和负载2)进行检测，比如说该负载具体实现为电动汽车的动力电池，控制器可以根据动力电池的型号来确定该动力电池的功率需求。或者，也可以是电动汽车中的电池管理系统向控制器发送动力电池的功率需求。本申请实施例不对如何获取负载的功率需求进行限定，也不对各个切换指令的生成进行限定。
举例子来说，动力电池的功率需求是120kw，第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率都是60kw，则该控制器可以生成串联输出切换指令或者并联输出切换指令。例如，该动力电池需要较大的充电电流，则生成并联输出切换指令；若该动力电池需要较大的充电电压，则生成串联输出切换指令。或者，动力电池的功率需求是120kw，第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第二DC/DC功率变换器2012的输出功率都是120kw，该控制器生成独立输出切换指令。或者，动力电池的功率需求是120kw，第一DC/DC功率变换器2011的输出功率是120kw，无论第二DC/DC功率变换器2012的输出功率是多少，该控制器可以生成独立输出切换指令，并具体控制第一DC/DC功率变换器2011的第一输出端耦合至动力电池所接入充电枪对应的功率模块的负载输出端。
相对于现有技术中切换矩阵是控制各个功率模块的输出功率进行输出，本申请实施例中切换单元是控制功率模块中的各个DC/DC功率变换器的输出功率进行输出，即本申请实施例与现有技术的输出功率的控制对象不同。
本申请实施例中单个功率模块的最大输出功率即为该功率模块中的所有DC/DC功率变换器的输出功率的总和，换句话来说，本申请实施例中的单个功率模块的最大输出功率可以由至少两个DC/DC功率变换器来提供，而现有技术中的单个功率模块的输出功率只能由一个DC/DC功率变换器来提供。则在现有技术的功率模块与本申请实施例的功率模块可以输出的最大功率相同的情况下(例如都是120kw)，本申请实施例提供的功率模块中各个DC/DC功率变换器所用到器件要求的通流能力，相对于现有技术的功率模块中的DC/DC功率变换器所用到器件要求的通流能力可以减半，由于通流能力增加而提高的成本远远大于器件数量增多而提高的成本，比如说，一个通流能力为10A的开关管价格要高于两个通流能力为5A的开关管。因此，相对现有技术来说，本申请实施例提供的功率模块的生产成本得以降低。
并且，本申请实施例提供的功率模块可以将各个DC/DC功率变换器串联或并联起来，向接入功率模块的任意一个输出端的负载提供大功率，并且该功率模块还可以分别向接入功率模块不同输出端的负载提供至少两个独立输出的小功率，从而兼容至少两个所需功率较小的负载。
在具体的产品形态上，本申请实施例提供的功率模块与现有技术中的功率模块也是不同的。可以理解的是，每个功率模块都是灌封而成，比如说，每个功率模块具体实现为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，然后放置在各自对应的外壳内，不同功率模块之间是需要通过线缆来实现连接的。区别于现有技术中各个功率模块之间的连接切换是需要大量的线缆来实现的，本申请实施例中的各个DC/DC功率变换器之间的连接切换是在一个功率模块内的，因此各个DC/DC功率变换器之间是可以通过PCB走线来实现连接的，走线简单，并且可以减少线缆的使用，进一步降低成本。
可选的，在一些可能的产品形态上，上述切换单元可以不与各个DC/DC功率变换器在同一个PCB板上，可以单独放置在另一PCB板上，本申请实施例不对切换单元与DC/DC功率变换器之间的相对位置进行限制。
可选的，在一些可行的实施方式中，不同功率模块中的DC/DC功率变换器也可以建立串联连接关系。
具体实现中，切换单元2013中包括与第一DC/DC功率变换器2011对应的第一切换子单元(图中未示出)。其中，该第一切换子单元的一端耦合第一DC/DC功率变换器2011的第一输出端，第一切换子单元的另一端耦合第三切换子单元的一端，第三切换子单元的另一端耦合第三DC/DC功率变换器的第三输出端。其中，该第三DC/DC功率变换器与第一DC/DC功率变换器2011不在同一功率模块内(即第三DC/DC功率变换器不在功率模块201内)。
第一切换子单元可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，且还可以控制第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合至第三DC/DC功率变换器的第三正输出端。再加上第三切换子开关可以控制第三DC/DC功率变换器的第三负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时充电枪A的电压为第一DC/DC功率变换器2011的输出电压与第三DC/DC功率变换器的输出电压之和，充电枪A可以向负载1提供第一DC/DC功率变换器2011的输出功率与第三DC/DC功率变换器的输出功率之和。可选的，在本申请实施例中，第一切换子单元可以接收到串联输出切换指令，该串联输出指令具体为：第一DC/DC功率变换器2011与第三DC/DC功率变换器串联后向充电枪A输出功率。
实施本申请实施例，可以将不同功率模块中的DC/DC功率变换器串联后的输出功率向负载提供，可以进一步提供更多不同数值的输出功率，兼容更多功率需求不同的负载。比如说，本申请实施例提供的功率模块的输出功率可以达到120kw，以一个功率模块中包括两个DC/DC功率变换器，每个DC/DC功率变换器的输出功率达到60kw为例，若第三DC/DC功率变换器的输出功率可以达到30kw，则本申请实施例可以向负载提供90kw的功率。换句话来说，实施本申请实施例，可以控制不同功率模块中DC/DC功率变换器之间串联，输出的功率颗粒度小，提供的功率值更加精细，灵活性好。
下面结合图4A和图4B对切换单元2013的具体结构进行示例性说明。
在一些可行的实施方式中，参见图4A，图4A为本申请实施例提供的切换单元的一结构示意图。如图4A所示，切换单元2013包括与第一DC/DC功率变换器2011对应的第一切换子单元20131A以及与第二DC/DC功率变换器2012对应的第二切换子单元20132A。
其中，第一DC/DC功率变换器2011的第一输出端耦合第一切换子单元20131A的一端，第二DC/DC功率变换器2012的第二输出端耦合第二切换子单元20132A的一端。
示例性的，第一切换子单元20131A可以具体包括开关S41、开关S42和开关S43，第二切换子单元20132A可以具体包括开关S44、开关S45、开关S46和开关S47。
如图4A所示，第一DC/DC功率变换器2011的第一输出端具有第一正输出端和第一负输出端，第二DC/DC功率变换器2012的第二输出端具有第二正输出端和第二负输出端。在具体实现中，第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合开关S41的一端，开关S41的另一端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合开关S42的一端以及开关S43的一端，开关S43的另一端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-，开关S42的另一端耦合至第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端、开关S47的一端以及开关S44的一端，开关S44的另一端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，开关S47的另一端耦合功率模块201第二负载正输出端OUT12+，第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合开关S45的一端以及开关S46的一端，开关S45的另一端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-，开关S46的另一端耦合功率模块201的第二负载负输出端OUT12-。
在一些可行的实施方式中，第一切换子单元20131A可以控制开关S41闭合，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合至功率模块201的第一负载正输出端OUT11+；以及控制开关S42关断和开关S43闭合，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合至功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，第一DC/DC功率变换器2011的输出功率经过功率模块201的第一负载正输出端OUT11+和第一负载负输出端OUT11-向负载1提供。
第二切换子单元20132A可以控制开关S44关断和开关S47闭合，使得第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合至功率模块201的第二负载正输出端OUT12+；以及控制开关S45关断和开关S46闭合，使得第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合至功率模块201的第二负载负输出端OUT12-。此时，第二DC/DC功率变换器2012的输出功率经过功率模块201的第二负载正输出端OUT12+和第二负载负输出端OUT12-向负载2提供。
可选的，在一些可行的实施方式中，第一切换子单元20131A可以控制开关S41闭合，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合至功率模块201的第一负载正输出端OUT11+；以及控制开关S42关断和开关S43闭合，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合至功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，第二切换子单元20132A可以控制开关S44闭合和开关S47关断，使得第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合至功率模块201的第一负载正输出端OUT11+；以及控制开关S45闭合和开关S46关断，使得第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合至功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。则第一DC/DC功率变换器2011的输出功率以及第二DC/DC功率变换器2012的输出功率经过功率模块201的第一负载正输出端OUT11+和第一负载负输出端OUT11-向负载2提供。
可选的，在一些可行的实施方式中，第一切换子单元20131A可以控制开关S41闭合，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合至功率模块201的第一正输出端OUT11+；以及控制开关S42闭合和开关S43关断，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合至第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端。此时，第二切换子单元20132A可以控制开关S44、开关S46和开关S47关断，并且控制开关S45闭合，使得第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012串联之后得到的输出功率经过功率模块201的第一负载正输出端OUT11+和第一负载负输出端OUT11-向负载1提供。
可选的，在一些可行的实施方式中，参见图4B，图4B为本申请实施例提供的切换单元的又一结构示意图。如图4B所示，切换单元2013包括与第一DC/DC功率变换器2011对应的第一切换子单元20131B以及与第二DC/DC功率变换器2012对应的第二切换子单元20132B。
其中，第一DC/DC功率变换器2011的第一输出端耦合第一切换子单元20131B的一端，第二DC/DC功率变换器2012的第二输出端耦合第二切换子单元20132B的一端。
示例性的，第一切换子单元20131B可以具体包括开关管Q51、开关S51、开关S52和开关S53，第二切换子单元20132B可以具体包括开关管Q52、开关S54、开关S55、开关S56、开关管Q53和开关S57。
需要说明的是，图4B中以开关管具体实现为金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)为例，可以理解的是，开关管还可以具体实现为继电器、接触器、或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)等。
如图4B所示，第一DC/DC功率变换器2011的第一输出端具有第一正输出端和第一负输出端，第二DC/DC功率变换器2012的第二输出端具有第二正输出端和第二负输出端。在具体实现中，第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合开关管Q51的漏极以及开关S51的一端，开关管Q51的源极以及开关S51的另一端耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合开关S52的一端以及开关S53的一端，开关S52的另一端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-，开关S53的另一端耦合至第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端、开关S54的一端、开关管Q52的漏极、开关管Q53的漏极以及开关S57的一端，开关S54的另一端以及开关管Q52的源极耦合功率模块201的第一负载正输出端OUT11+，开关管Q53的源极以及开关S57的另一端耦合功率模块201的第二负载正输出端OUT12+；第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合开关S55的一端以及开关S56的一端，开关S55的另一端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-，开关S56的另一端耦合功率模块201的第二负载负输出端OUT12-。
在一些可行的实施方式中，第一切换子单元20131B可以在控制开关管Q51闭合之后，控制开关S51闭合，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合至功率模块201的第一负载正输出端OUT11+。并且第一切换子单元20131B还控制开关S52闭合，以及控制开关S53关断，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合至功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，第一DC/DC功率变换器2011的输出功率经过功率模块201的第一负载正输出端OUT11+和第一负载负输出端OUT11-向负载1提供。
可选的，第一切换子单元20131B还可以具体包括二极管D51，二极管D51的阳极与第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合，二极管D51的阴极与开关管Q51的漏极耦合。该二极管D51可以防止负载1的电流反灌至第一DC/DC功率变换器2011。
此时，第二切换子单元20132B可以在控制开关S54关断之后，控制开关管Q52关断，以及控制开关管Q53闭合之后，再控制开关S57闭合，使得第二DC/DC功率变换器2012的第一正输出端耦合至功率模块201的第二负载正输出端OUT12+；并且第二切换子单元20132B还控制开关S55关断以及控制开关S56闭合，使得第二DC/DC功率变换器2012的第一负输出端耦合至功率模块201的第二负载负输出端OUT12-。此时，第二DC/DC功率变换器2012的输出功率经过功率模块201的第二负载正输出端OUT12+和第二负载负输出端OUT12-向负载2提供。
可选的，在一些可行的实施方式中，第一切换子单元20131B可以在控制开关管Q51闭合之后，控制开关S51闭合，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一正输出端耦合至功率模块201的第一负载正输出端OUT11+。并且，第一切换子单元20131B还控制开关S52关断，以及控制开关S53闭合，使得第一DC/DC功率变换器2011的第一负输出端耦合至第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端。
此时，第二切换子单元可以在控制开关S54关断之后，控制开关管q52关断，并且第二切换子单元20132B还在控制开关S57关断之后，控制开关管Q53关断，以及控制开关S55闭合和控制开关S56关断，使得第二DC/DC功率变换器2012的第二负输出端耦合功率模块201的第一负载负输出端OUT11-。此时，第一DC/DC功率变换器2011与第二DC/DC功率变换器2012串联之后得到的输出功率经过功率模块201的第一负载正输出端OUT11+和第一负载负输出端OUT11-向负载1提供。
可选的，第二切换子单元20132B还可以具体包括二极管D52，二极管D52的阳极与第二DC/DC功率变换器2012的第二正输出端耦合，二极管D52的阴极与开关管Q52的漏极耦合。该二极管D52可以防止负载1的电流反灌至第二DC/DC功率变换器2012。
可以看出，图4B中示出的切换子单元的结构与图4A中示出的切换子单元的结构之间的不同在于，图4B中示出的第一切换子单元20131B为混合式开关，即既包括半导体开关(例如开关管Q51)又包括机械开关(例如开关S51)，此时，可以在控制开关管Q51闭合之后，控制开关S51闭合；或者，在控制开关S51关断之后，控制开关管Q51关断。由此可以避免开关S51在闭合过程或关断过程中产生电弧。同理的，图4B中示出的第二切换子单元20132B也可以为混合式开关，例如包括开关管Q52和开关S54，此时可以在控制开关管Q52闭合之后，控制开关S54闭合；或者，在控制开关S54关断之后，控制开关管Q52关断，由此避免开关S54在闭合过程或关断过程中产生电弧。
换句话来说，切换单元中的各个切换子单元可以包括机械开关和半导体开关中的至少一个，本申请实施例不对切换单元的具体实现形式进行限制。其他开关，例如开关S52的两端也可以并联半导体开关(图中未示出)，用来避免开关S52在闭合过程或关断过程中产生电弧。
综上所述，本申请实施例不对切换单元中包括的具体开关数量进行限制，只要可以实现DC/DC功率变换器之间的连接切换即可。
在一些可行的实施方式中，参见图5，图5为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图。如图5所示，功率模块501设于第一电源与负载之间，并且该第一电源具体实现为交流电源，例如功率模块501可以直接连接交流电网。
此时，功率模块501相对于前文结合图3至图4B所描述的功率模块201来说，功率模块501还包括AC/DC变换器5014。其中，各个DC/DC功率变换器的输入端(例如第一DC/DC功率变换器2011的第一输入端和第二DC/DC功率变换器2012的第二输入端)耦合AC/DC变换器5014的输出端，AC/DC变换器5014的输入端耦合通过功率模块501的电源输入端耦合交流电源。
具体实现中，AC/DC变换器5014可以将交流电源输出的交流电压转换为直流电压，并将该直流电压分别向第一DC/DC功率变换器2011和第二DC/DC功率变换器2012提供。
示例性的，该AC/DC变换器5014可以具体实现为半桥整流、全桥整流或者有源逆变等电路结构。
本申请实施例通过在功率模块中增加AC/DC变换器，使得本申请实施例提供的功率模块可以兼容第一电源是交流电源的场景，适用性好。
可选的，在一些可行的实施方式中，参见图6，图6为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图。如图6所示，功率模块601相对于前文结合图3至图4B所描述的功率模块201来说，功率模块601还包括第一微控制单元(Micro Control Unit，MCU)6016。
具体实现中，每个DC/DC功率变换器中包括至少一个开关管，例如，第一DC/DC功率变换器2011中包括N个开关管，第二DC/DC功率变换器2012中包括M个开关管，其中N和M均大于1。N和M可以相等或者不等。
第一DC/DC功率变换器2011中的N个开关管的控制端与该第一MCU6016耦合。此时，该第一MCU6016可以控制该第一DC/DC功率变换器2011中的N个开关管的导通时长，从而控制第一DC/DC功率变换器2011的输出功率。
第二DC/DC功率变换器2012中的M个开关管的控制端与该第一MCU6016耦合。此时，该第一MCU6016可以控制该第二DC/DC功率变换器2012中的M个开关管的导通时长，从而控制第二DC/DC功率变换器2012的输出功率。
示例性的，第一MCU6016可以通过控制第一DC/DC功率变换器2011和第二DC/DC功率变换器2012中的开关管导通的时间不同，从而控制第一DC/DC功率变换器2011和第二DC/DC功率变换器2012输出不同的功率。
总的来说，本申请实施例中，单个功率模块内的第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以共用一个第一MCU，从而进一步降低成本。
可选的，在一些可行的实施方式中，结合图5中示出的功率模块501与图6中示出的功率模块601可以得到图7中示出的功率模块701，该功率模块701可以应用在交流电源的场景中，并且单个功率模块内的第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以共用第一MCU。具体实现参考图5和图6中所描述的实施例，此处不作赘述。
可选的，在一些可行的实施方式中，参见图8，图8为本申请实施例提供的功率模块的又一结构框图。如图8所示，功率模块801相对于前文结合图3至图4B所描述的功率模块201来说，功率模块801还包括第二电源8018。
具体实现中，每个DC/DC功率变换器中包括至少一个开关管，例如，第一DC/DC功率变换器2011中包括N个开关管，第二DC/DC功率变换器2012中包括M个开关管，其中N和M均大于1。N和M可以相等或者不等。
第一DC/DC功率变换器2011中的N个开关管的电源端耦合第二电源8018。此时，该第二电源8018向该第一DC/DC功率变换器2011中的N个开关管提供工作电压。
第二DC/DC功率变换器2012中的M个开关管的电源端耦合第二电源8018。此时，该第二电源8018向该第二DC/DC功率变换器2012中的M个开关管提供工作电压。
示例性的，该第二电源8018可以具体实现为经过电路传输的间接电源，例如可以是放大电路以及具有隔离功能的直流变换电路。
总的来说，本申请实施例中，单个功率模块内的第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以共用一个工作电源(即第二电源)，从而进一步降低成本。
可选的，在一些可行的实施方式中，结合图5中示出的功率模块501与图8中示出的功率模块801可以得到图9中示出的功率模块901，该功率模块901可以应用在交流电源的场景中，并且单个功率模块内的第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以共用第二电源。具体实现参考图5和图8中所描述的实施例，此处不作赘述。
可选的，在一些可行的实施方式中，结合图6中示出的功率模块601与图8中示出的功率模块801可以得到图10中示出的功率模块1001，该功率模块1001内的第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器可以共用第一MCU，以及共用第二电源。具体实现参考图6和图8中所描述的实施例，此处不作赘述。
可选的，在一些可行的实施方式中，结合图5中示出的功率模块501、图6中示出的功率模块601以及图8中示出的功率模块801可以得到图11中示出的功率模块1101，该功率模块1101可以应用在交流电源的场景中，并且单个功率模块内的第一DC/DC功率变换器和第二DC/DC功率变换器既可以共用第一MCU还可以共用第二电源。具体实现参考图5、图6和图8中所描述的实施例，此处不作赘述。
需要说明的是，上述术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块设于第一电源与负载之间，所述功率模块包括电源输入端、第一DC/DC功率变换器、第二DC/DC功率变换器、切换单元以及至少两个负载输出端；其中，所述第一DC/DC功率变换器包括第一输入端和第一输出端，所述第二DC/DC功率变换器包括第二输入端和第二输出端；
所述第一DC/DC功率变换器的第一输入端与所述第二DC/DC功率变换器的第二输入端通过所述功率模块的电源输入端耦合所述第一电源；所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端与所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合所述切换单元的一端，所述切换单元的另一端通过所述功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端耦合所述负载；
所述第一DC/DC功率变换器和所述第二DC/DC功率变换器，用于对所述第一电源的输出功率进行变换；
所述切换单元，用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端和所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至所述功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一电源为交流电源，所述功率模块还包括AC/DC变换器；
所述第一DC/DC功率变换器的第一输入端与所述第二DC/DC功率变换器的第二输入端通过所述功率模块的电源输入端耦合所述第一电源，具体包括：
所述第一DC/DC功率变换器的第一输入端与所述第二DC/DC功率变换器的第二输入端耦合至所述AC/DC变换器的输出端，所述AC/DC变换器的输入端耦合所述功率模块的电源输入端，所述功率模块的电源输入端耦合所述交流电源；
所述AC/DC变换器，用于将所述交流电源输出的交流电压转换为直流电压，并将所述直流电压分别向所述第一DC/DC功率变换器以及所述第二DC/DC功率变换器提供。
3.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述第一DC/DC功率变换器中包括N个开关管，所述第二DC/DC功率变换器中包括M个开关管；其中N和M均大于1；
所述功率模块还包括第一微控制单元(Micro Control Unit，MCU)；
所述第一MCU耦合所述第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的控制端，所述第一MCU用于控制所述第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的导通时长，以控制所述第一DC/DC功率变换器的输出功率；
所述第一MCU还耦合所述第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的控制端，所述第一MCU还用于控制所述第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的导通时长，以控制所述第二DC/DC功率变换器的输出功率。
4.根据权利要求1-3任一项所述的功率模块，其特征在于，所述第一DC/DC功率变换器中包括N个开关管，所述第二DC/DC功率变换器中包括M个开关管；其中N和M均大于1；
所述功率模块还包括第二电源；
所述第二电源耦合所述第一DC/DC功率变换器中的N个开关管的电源端，所述第二电源用于向所述第一DC/DC功率变换器中的N个开关管提供工作电压；
所述第二电源还耦合所述第二DC/DC功率变换器中的M个开关管的电源端，所述第二电源还用于向所述第二DC/DC功率变换器中的M个开关管提供工作电压。
5.根据权利要求1-4任一项所述的功率模块，其特征在于，所述切换单元包括与所述第一DC/DC功率变换器对应的第一切换子单元以及与所述第二DC/DC功率变换器对应的第二切换子单元；其中，所述功率模块的至少两个负载输出端包括第一负载输出端和第二负载输出端；
所述切换单元，用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端和所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至所述功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端，具体包括：
所述第一切换子单元用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端耦合至所述功率模块的第一负载输出端，以及所述第二切换子单元用于控制所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至所述功率模块的第二负载输出端。
6.根据权利要求1-4任一项所述的功率模块，其特征在于，所述切换单元包括与所述第一DC/DC功率变换器对应的第一切换子单元以及与所述第二DC/DC功率变换器对应的第二切换子单元；其中，所述功率模块的至少两个负载输出端包括第一负载输出端；
所述切换单元，用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端和所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至所述功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端，具体包括：
所述第一切换子单元用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端耦合至所述功率模块的第一负载输出端，以及所述第二切换子单元用于控制所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至所述功率模块的第一负载输出端。
7.根据权利要求1-4任一项所述的功率模块，其特征在于，所述切换单元包括与所述第一DC/DC功率变换器对应的第一切换子单元以及与所述第二DC/DC功率变换器对应的第二切换子单元；其中，所述功率模块的至少两个负载输出端包括第一负载输出端，所述第一负载输出端具有第一负载正输出端和第一负载负输出端；所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端具有第一正输出端和第一负输出端；所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端具有第二正输出端和第二负输出端；
所述切换单元，用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端和所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至所述功率模块的至少两个负载输出端中的任意一个负载输出端，具体包括：
所述第一切换子单元用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一正输出端耦合所述功率模块的第一负载正输出端，且用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一负输出端耦合至所述第二DC/DC功率变换器的第二正输出端；以及，所述第二切换子单元用于控制所述第二DC/DC功率变换器的第二负输出端耦合至所述功率模块的第一负载负输出端。
8.根据权利要求1-4任一项所述的功率模块，其特征在于，所述切换单元包括与所述第一DC/DC功率变换器对应的第一切换子单元，其中，所述第一切换子单元的一端耦合所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端，所述第一切换子单元的另一端耦合第三切换子单元的一端，所述第三切换子单元的另一端耦合第三DC/DC功率变换器的第三输出端；所述第三DC/DC功率变换器与所述第一DC/DC功率变换器不在同一功率模块内；
所述功率模块的至少两个负载输出端包括第一负载输出端，所述第一负载输出端具有第一负载正输出端和第一负载负输出端；所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端具有第一正输出端和第一负输出端；所述第三DC/DC功率变换器的第三输出端具有第三正输出端和第三负输出端；
所述切换单元，用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端和所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至所述功率模块的至少两个负载输出端中的任意一个负载输出端，具体包括：
所述第一切换子单元用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一正输出端耦合所述功率模块的第一负载正输出端，且用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一负输出端耦合至所述第三DC/DC功率变换器的第三正输出端；以及，所述第三切换子单元用于控制所述第三DC/DC功率变换器的第三负输出端耦合至所述功率模块的第一负载负输出端。
9.根据权利要求1-8任一项所述的功率模块，其特征在于，所述切换单元可以包括机械开关和半导体开关中的至少一个。
10.一种充电桩，其特征在于，所述充电桩包括功率模块以及至少两个充电枪；其中，所述功率模块包括电源输入端、第一DC/DC功率变换器、第二DC/DC功率变换器、切换单元以及至少两个负载输出端；其中，所述第一DC/DC功率变换器包括第一输入端和第一输出端，所述第二DC/DC功率变换器包括第二输入端和第二输出端；
所述第一DC/DC功率变换器的第一输入端与所述第二DC/DC功率变换器的第二输入端通过所述功率模块的电源输入端耦合第一电源；所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端与所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合所述切换单元的一端，所述切换单元的另一端耦合至所述功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端；其中，所述功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端对应耦合所述至少两个充电枪中的任一充电枪；
所述第一DC/DC功率变换器和所述第二DC/DC功率变换器，用于对所述第一电源的输出功率进行变换；
所述切换单元，用于控制所述第一DC/DC功率变换器的第一输出端和所述第二DC/DC功率变换器的第二输出端耦合至所述功率模块的至少两个负载输出端中的任一负载输出端；
所述任一充电枪，用于建立所述功率模块的任一负载输出端与接入所述任一充电枪的电动汽车之间的连接，并将所述功率模块的任意一个负载输出端的输出功率向所述电动汽车提供。
11.根据权利要求10所述的充电桩，其特征在于，所述第一电源为交流电源，所述功率模块还包括AC/DC变换器；
所述第一DC/DC功率变换器的第一输入端与所述第二DC/DC功率变换器的第二输入端均通过所述功率模块的电源输入端耦合第一电源，具体包括：
所述第一DC/DC功率变换器的第一输入端与所述第二DC/DC功率变换器的第二输入端耦合至所述AC/DC变换器的输出端，所述AC/DC变换器的输入端耦合所述功率模块的电源输入端，所述功率模块的电源输入端耦合所述交流电源；
所述AC/DC变换器，用于将所述交流电源输出的交流电压转换为直流电压，并将所述直流电压分别向所述第一DC/DC功率变换器以及所述第二DC/DC功率变换器提供。
12.根据权利要求10或11所述的充电桩，其特征在于，所述第一DC/DC功率变换器中包括N个开关管，所述第二DC/DC功率变换器中包括M个开关管；其中N和M均大于1；
所述功率模块还包括第一微控制单元(Micro Control Unit，MCU)；
所述第一MCU耦合所述N个开关管的控制端，所述第一MCU用于控制所述N个开关管的导通时长，以控制所述第一DC/DC功率变换器的输出功率；
所述第一MCU还耦合所述M个开关管的控制端，所述第一MCU还用于控制所述M个开关管的导通时长，以控制所述第二DC/DC功率变换器的输出功率。
13.根据权利要求10-12任一项所述的充电桩，其特征在于，所述第一DC/DC功率变换器中包括N个开关管，所述第二DC/DC功率变换器中包括M个开关管；其中N和M均大于1；
所述功率模块还包括第二电源；
所述第二电源耦合所述N个开关管的电源端，所述第二电源用于向所述N个开关管提供工作电压；
所述第二电源还耦合所述M个开关管的电源端，所述第二电源还用于向所述M个开关管提供工作电压。
14.一种供电设备，其特征在于，所述供电设备包括第一电源以及如权利要求1-9任一项所述的功率模块；其中，所述第一电源与所述功率模块耦合；
所述功率模块用于将所述第一电源的输出功率进行变换。
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